Si destapas la olla mientras se cuece el ramen, las gotas acumuladas en la cara interior de la tapa caen en un chorrito. El caldo es salado y tiene un sabor intenso, pero si pruebas las gotas de la tapa, verás que saben casi a agua sin sal. Esto ocurre porque, durante la ebullición, solo el agua sube en forma de vapor y vuelve a ser líquida al tocar la tapa fría. La destilación (Distillation) es la técnica que perfecciona este sencillo fenómeno para separar sustancias mezcladas.
En términos sencillos, la destilación es un método de separación que consiste en calentar una mezcla líquida para que el componente que hierve con mayor facilidad pase primero a la fase gaseosa y luego enfriar ese vapor para recuperarlo en forma líquida. Aprovecha que cada sustancia tiene un punto de ebullición distinto y se evapora en distinta medida. Es una separación física que permite distinguir los componentes de una mezcla sin que intervenga una reacción química que los transforme.
En este artículo recorreremos la historia de la destilación y veremos cómo funciona, qué tipos hay, cómo se aplica a las bebidas alcohólicas, el petróleo y el agua de mar, y cuáles son sus límites.
Una técnica para separar mezclas por diferencia de puntos de ebullición
¿Cómo surgió la destilación?
Desde tiempos muy remotos, la gente se ha fijado en cómo el vapor vuelve a convertirse en agua. Aristóteles (Aristotle), filósofo de la antigua Grecia, dejó constancia de que el agua que se condensa tras evaporarse el agua de mar no es salada. Hacia el siglo 1 de nuestra era, los alquimistas de Alejandría, en el Egipto bajo dominio romano, utilizaban aparatos de destilación. También se conservan dibujos de aparatos que dejó Zósimo de Panópolis (Zosimos of Panopolis), alquimista del siglo 3.
Los químicos del mundo islámico medieval hicieron avanzar considerablemente la técnica de la destilación. Experimentaron repetidamente destilando distintas sustancias y, hacia el siglo 9, también dejaron por escrito un método para destilar vino. El nombre «alambique» (Alembic), que designaba un recipiente de vidrio de cuello largo usado para destilar, también procede del árabe «al-inbiq». La técnica pasó a Europa, donde hacia el siglo 12 se utilizó para producir el alcohol conocido como «agua ardiente». También llegó a Corea en tiempos de Goryeo a través de la dinastía Yuan, y allí surgió la tradición de destilar soju con un alambique tradicional llamado sojutgori.
Cómo funciona la destilación en 4 etapas
Ya sea en un pequeño matraz de laboratorio o en una enorme torre industrial, la destilación sigue, en líneas generales, el mismo proceso.
(1) Calentar
Se calienta el recipiente que contiene la mezcla. Al subir la temperatura, aumentan las presiones de vapor de todos los componentes. El líquido empieza a hervir en cuanto la presión de vapor total iguala la presión externa.
(2) El vapor se enriquece en el componente que hierve con mayor facilidad
Se suele pensar que el componente con el punto de ebullición más bajo es el único que hierve por separado, pero en realidad todos los componentes se evaporan a la vez. El vapor queda más enriquecido en el componente que se evapora con mayor facilidad. Por ejemplo, el etanol hierve a unos 78 grados y el agua a 100 grados, por lo que el primer vapor que se desprende al calentar una bebida alcohólica contiene más alcohol.
(3) Enfriar para recuperar el líquido
El vapor que asciende se hace pasar por un tubo refrigerante por el que circula agua fría. Allí vuelve a condensarse en forma líquida. El líquido que se recoge de este modo se llama «destilado».
(4) Recoger y repetir
Se recoge el destilado y, si su pureza es insuficiente, se repite el mismo proceso. Con cada destilación aumenta un poco la concentración del componente deseado.
Tipos de destilación según la situación
El método de destilación se elige según las propiedades de las sustancias mezcladas.
- Destilación simple (Simple Distillation). Es el método más básico y consiste en enfriar directamente el vapor y recoger el condensado. Es adecuado cuando la diferencia entre los puntos de ebullición es de aproximadamente 25 grados o más, o cuando hay sal disuelta que apenas se volatiliza, como en el agua de mar.
- Destilación fraccionada (Fractional Distillation). Se coloca una columna de fraccionamiento larga en posición vertical sobre el matraz para que se produzcan varios ciclos de evaporación y condensación. Así se pueden separar líquidos con puntos de ebullición similares.
- Destilación al vacío (Vacuum Distillation). Al reducir la presión, también baja el punto de ebullición. Esto permite hervir a temperaturas relativamente bajas sustancias que se descomponen a temperaturas altas.
- Destilación por arrastre de vapor (Steam Distillation). Se inyecta vapor de agua caliente en la materia prima para que arrastre los compuestos aromáticos. Se utiliza para obtener aceites esenciales de flores y hierbas.
Mezclas azeotrópicas, que no se separan por completo
Algunas mezclas no se separan por completo mediante la destilación. En una mezcla de agua y etanol, cuando el etanol alcanza aproximadamente el 95.6 % en masa, el líquido y el vapor tienen exactamente la misma composición. Esto se conoce como «mezcla azeotrópica» (Azeotrope). A partir de ese punto, por muchas veces que se repita la destilación, la pureza no aumenta. Si se necesita alcohol más puro, hay que combinar la destilación con otro método, como añadir una sustancia que absorba el agua.
La destilación en la vida cotidiana y en la industria, y sus límites
La destilación se utiliza en muchos ámbitos de la vida cotidiana.
- Bebidas destiladas (Spirits). Se destilan bebidas de baja graduación obtenidas al fermentar cereales o frutas para producir bebidas de mayor graduación, como el whisky, el brandy y el soju destilado.
- Refinación del petróleo (Oil Refining). Al introducir el crudo en una torre alta y calentarlo, los gases ligeros y la gasolina salen por la parte superior, el queroseno y el gasóleo por la parte intermedia, y los aceites pesados y las materias primas para el asfalto por la parte inferior.
- Desalinización del agua de mar (Desalination). Se hierve el agua de mar para que la sal quede en el recipiente y se recoge solo el vapor de agua para obtener agua potable.
- Separación del aire (Air Separation). Se enfría el aire hasta que se vuelve líquido y luego se destila para obtener por separado oxígeno, nitrógeno y argón.
La destilación consume mucha energía porque requiere hervir las sustancias para cambiar su estado. De hecho, una parte considerable de la energía que utiliza la industria química se destina a la destilación. Por eso, hoy se diseñan equipos que reutilizan el calor varias veces y también se investigan métodos que consumen menos energía, como la separación mediante membranas.
La destilación surgió de un fenómeno tan cotidiano como la formación de gotas en la tapa de una olla y se desarrolló hasta convertirse en una técnica capaz de producir desde bebidas alcohólicas y perfumes hasta gasolina y agua potable. Lo interesante es que la separación se consigue dejando que las propiedades de cada componente se manifiesten a su debido tiempo, sin forzar la separación.
Identificar los distintos puntos de ebullición de los componentes de una mezcla y separarlos uno por uno es el primer paso de la química para obtener sustancias puras.
